Les nouveaux matériaux Fiche bac

I

La vie des matériaux

A

Le cycle des matériaux

-
B

Les trois types de matériaux

Il existe trois familles de matériaux :

Les plastiques Les métaux Les céramiques
Nature Matériaux organiques (polymères) Matériaux inorganiques composés d'atomes liés par liaison métallique Matériaux inorganiques non-métalliques
Obtention Synthèse (polymérisation) Extraction de la croûte terrestre Extraction suivie d'une mise en forme
Usure Altération des chaînes carbonées et des fonctions Oxydation/Corrosion Peu d'altérations de leurs structures
Protection Utilisation de vernis protecteur

Isolation physique
Protection cathodique

Aucune
Fin de vie

Recyclage
Élimination avec valorisation

Recyclage

Refonte et remodélisation

II

Les propriétés des matériaux

A

Les propriétés de conduction

Un matériau permet la circulation du courant électrique s'il possède des charges libres de se mouvoir. L'existence de telles charges est définie par la structure des bandes d'énergie électroniques du matériau.

-

La bande de valence et la bande de conduction sont séparées par l'énergie de gap ("fossé", en anglais, "bande interdite" en français).

  • Dans un matériau isolant électrique, ce gap étant trop important, aucun électron de la bande de valence ne peut passer dans la bande de conduction.
  • Dans un matériau semi-conducteur, ce gap est faible. Le matériau est normalement isolant mais si on lui apporte une énergie supérieure à celle de son gap, la transition d'électrons entre bande de valence et bande de conduction devient possible et le matériau devient conducteur électrique.

Les semi-conducteurs sont employés dans les diodes électroluminescentes, dans les cellules photovoltaïques des panneaux solaires (où c'est l'énergie solaire qui apporte l'énergie nécessaire à franchir le gap).

Lorsque leur température est faible, certains matériaux deviennent supraconducteurs :

  • Le matériau rejette vers l'extérieur les champs magnétiques autour de lui.
  • La circulation du courant électrique se fait avec une absence totale de résistance.
B

Les propriétés de surface

Les propriétés de surface des matériaux dépendent des interactions moléculaires entre les molécules en surface du matériau et celles du milieu en contact avec le matériau. Pour modifier ces interactions, on utilise des tensioactifs.

Tensioactifs

Les composés tensioactifs sont des composés qui modifient la tension de surface entre deux surfaces.

Un tensio-actif possède une tête polaire hydrophile et une queue apolaire hydrophobe (lipophile). Cette structure permet l'obtention d'émulsions et de mousses grâce à la formation de micelles.

-

Si l'interaction entre deux matériaux est suffisamment forte, il y aura adhésion entre les deux matériaux. Ce phénomène peut être renforcé en utilisant des colles qui permettront la formation de liaisons entre ces matériaux.

III

Les nouveaux matériaux

A

Les nanomatériaux

Nanomatériaux

Les nanomatériaux sont des matériaux composés de particules dont au moins une des dimensions est inférieure à 100 nm appelées nanoparticules.

Il existe deux types de nanomatériaux :

  • Les nanomatériaux nanostructurés
  • Les nanomatériaux composites

Les domaines d'application de ces matériaux sont très vastes (industrie agroalimentaire, industrie pharmaceutique, médecine, textiles, etc.) et ne cessent de s'enrichir.

B

Les matériaux composites

Matériaux composites

Un matériau composite est un matériau dont la structure est en deux parties :

  • Le renfort qui assure la résistance mécanique du matériau.
  • La matrice qui assure la cohésion du matériau.

Chacune de ces parties est composée d'un type de matériau différent (céramique, plastique ou métal).

Le matériau composite possède les propriétés combinées des matériaux le composant.

C

Les cristaux liquides

Cristaux liquides

Les cristaux liquides sont des matériaux organiques dont l'état physique est entre l'état solide cristallin et l'état liquide dont la structure est composée de deux parties, une rigide et une souple.

-

Les cristaux liquides peuvent se trouver dans un grand nombre de phases appelées mésophases dont les deux extrêmes sont :

  • La phase nématique, qui est la plus proche du solide cristallin.
  • La phase smectique, qui est la plus proche de la phase liquide.

Les cristaux liquides ont la capacité de changer de mésophase lorsqu'on leur applique un champ électrique modifiant ainsi leurs propriétés, notamment optiques, d'où leur utilisation pour la fabrication d'écrans.